嵌入式以太网的变电站间隔层保护系统研究

摘要：结合IEC 61850标准和国内电力系统发展现状，针对数字化变电站过渡方案中的间隔层保护系统进行硬件及软件设计。详细分析了装置功能的划分、实时任务优先级设计及任务间通信的实现。实践表明该设计系统能够满足间隔层保护装置的性能要求。
关键词：IEC61850；间隔层保护；PowerPC 8247；实时任务；任务间通信

引言
IEC 61850标准为数字化变电站奠定了标准化基础，变电站自动化系统最主要的功能是实现装置的自我保护。国内探索应用IEC 61850时却并没有首先从保护装置入手，主要是考虑到保护功能的复杂性、多样性以及配置的灵活性，使得对完全符合IEC 61850的保护功能的建模具有一定的难度。
标准的互操作及功能自由分布特性要求变电站自动化系统中的不同智能电子设备(IED)间能更灵活地协同。本文在深入研究IEC 61850标准对保护功能建模的基础上，针对国内保护装置发展和应用的现状，提出一种适合国内电网结构及运行方式的数字化变电站过渡方案，并给出了基于该方案的间隔层保护系统设计方法。

1 数字化变电站过渡方案
就目前而言，采用智能化的一次设备(如电子式互感器及智能化开关等)、网络化的二次设备，以及符合IEC61850通信规范、自动化的运行管理系统，是数字化变电站主要技术特征。图1为数字化变电站系统结构。

鉴于我国对IEC 61850标准的研究和实践还处于探索阶段，国内电子式互感器技术的成熟度尚待考核，变电站过程层和间隔层的IEC 61850实现应分步骤渐进实施。针对该情况，提出一种现阶段的数字化变电站系统过渡方案，如图2所示。

该方案中的过程层一方面采用ECT／EPT和智能开关，模拟量采集和开关量控制实现完全数字化，完成电力运行的实时电气量检测、运行设备状态参数在线监测与统计、操作控制的执行与驱动；另一方面也支持传统一次设备下硬接线模式，采用连接导线接入常规互感器和开关。合并单元汇总本间隔的实时数据信息并以多播方式经由过程总线传送间隔层保护装置，使间隔层实现对一次没备的保护控制功能，对数据采集、统计运算及控制命令的发出进行优先级控制，另外也可在传统模式下通过采样板获得常规互感器和开关的数据。变电站层采用符合IEC61850标准的数字化变电站站控层系统，为分布式系统设计。考虑到61850装置的网络接入能力，后台采用C／S模式，工作站需从主服务器取数据。
该方案在传统变电站两层结构的基础上实现了间隔层和变电站层的数字化。传统保护装置中的数据采集部分包括模拟量(电流、电压)数据转化，开入量(如断路器位置、隔离刀闸辅助接点)读取等，但要采用数据映射的方式接入：A／D转换模块映射成IEC 61850过程层数字式传感器的一部分；开关量输出模块映射成IEC 61850过程层数字式执行器的一部分；开关量输入模块映射成IEC 61850过程层数字式断路器的一部分；完成滤波、计算、逻辑和控制功能的主控模块映射成IEC 61850间隔层的保护控制设备。
采取这种映射方式，保护装置可以在接收通道模拟量的同时直接接收数字量。也就是说，装置可以很好地实现IEC 61850系统中过程层和间隔层功能，也可以兼顾现有的系统，从而实现了常规设备和基于IEC 61850的二次设备之间良好的并存和过渡。